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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Batteries pour équipement ménager
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Chargeurs, batteries, cellules galvaniques Ces dernières années, de nombreuses cellules galvaniques différentes pour l'alimentation d'équipements ménagers sont apparues sur le marché russe. Dans le même temps, il y a un manque d'informations sur l'évaluation et la sélection des éléments les plus adaptés à un équipement spécifique. Le but de cet article est de combler cette lacune et d'offrir à nos lecteurs des informations complémentaires. Dans toute cellule galvanique, la réaction électrochimique consiste en un processus d'oxydation à l'électrode négative et de réduction à la positive. Les réactions sont séparées dans l'espace et les électrons formés à la borne négative passent par le circuit externe vers le positif et y participent à la réaction de réduction. Selon les matériaux des électrodes et la composition de l'électrolyte, la force électromotrice (EMF) aux bornes de l'élément peut être différente. La valeur EMF est déterminée par la différence des potentiels électrochimiques des électrodes. En tableau. 1 montre quelques paramètres des cellules galvaniques les plus couramment utilisées.
L'élément cuivre-zinc, malgré la basse tension et d'autres inconvénients (électrolyte acide liquide, nécessité de nettoyage), fonctionne de manière stable à faible courant pendant de nombreuses années et a récemment été largement utilisé dans les systèmes d'automatisation ferroviaire. En pratique, à l'heure actuelle, nous sommes confrontés à un nombre limité d'éléments. Il s'agit de solutions salines, alcalines, de mercure, d'argent, d'air et de lithium. Éléments de sel Ils sont également appelés éléments manganèse-zinc ou carbone-zinc. En eux, l'électrode positive est en graphite et l'électrode négative en zinc (corps de l'élément). La fonction de dépolariseur d'électrolyte est assurée par un mélange de dioxyde de manganèse et de chlorure d'ammonium. L'EMF de la cellule de sel est de 1,6 V et les batteries avec la tension requise sont obtenues par connexion en série. Les éléments de ces batteries ne sont souvent pas de forme cylindrique, mais de forme rectangulaire. La plage de température de travail des éléments salins est de -20°С à +55°С. mais à basse température, le courant délivré à la charge diminue. et à des températures élevées, la destruction de l'électrode de zinc est accélérée et l'électrolyte sèche plus rapidement. Au cours de la dernière décennie, les cellules à sel ont été considérablement améliorées : pour réduire la destruction du boîtier en zinc, du mercure a été ajouté à l'électrolyte, qui a ensuite été remplacé par des additifs organiques respectueux de l'environnement. Ces améliorations prolongent la durée de vie des cellules à trois ans, bien qu'elles soient généralement estimées entre 9 et 12 mois. Les éléments de sel avec des additifs améliorants sont produits dans une conception plus fiable - un boîtier de protection en acier (moins souvent en plastique) est à l'extérieur et le zinc est à l'intérieur. Ces éléments sont plus sûrs à utiliser et. de plus, ils ont une intensité énergétique plus élevée. Le corps d'un tel élément est fermé par le haut et par le bas par des électrodes en forme de disques métalliques avec un joint sous forme de joints en polymère. Néanmoins, les cellules galvaniques au sel ont la plus petite capacité électrique parmi les sources de courant chimiques, qui est de 450 ... 850 mAh (ci-après, les valeurs sont données pour un élément au format AA). Ils sont conçus pour être utilisés dans des appareils de faible à moyenne puissance tels que des montres, des télécommandes pour appareils électroménagers, des jouets pour enfants, des dispositifs d'alarme, des radios de poche. Pour prolonger la durée de vie des cellules au sel, il est recommandé, avec les nouveaux ensembles, d'utiliser ceux déjà utilisés, mais sans les amener à un état complètement déchargé. Cela est dû à un processus très lent d'égalisation des inhomogénéités locales dans un électrolyte visqueux pendant la décharge et à une certaine restauration des propriétés de l'élément pendant le "repos". En particulier, il n'est pas recommandé d'utiliser un ensemble d'éléments de sel pendant plus de deux heures d'affilée dans un lecteur audio. Éléments alcalins Les éléments alcalins extérieurement ne diffèrent pratiquement pas des sels, ils contiennent des électrodes de carbone et de zinc, du dioxyde de manganèse, mais au lieu de chlorure d'ammonium, ils utilisent un électrolyte alcalin. Par conséquent, ils sont appelés alcalins ou alcalins. L'électrolyte alcalin élimine le dégagement de gaz pendant le fonctionnement des cellules, elles sont donc produites dans une version scellée. La fem de ces éléments est légèrement inférieure à celle des sels. Mais ils ont une capacité spécifique, un courant de décharge et une durée de vie (jusqu'à cinq ans) plus importants. La capacité des piles alcalines est de 1000 à 3700 mAh. Ils restent opérationnels à des températures de -30°С à +55°С. Cependant, la différence la plus significative entre les piles alcalines et au sel est une diminution plus lente de la tension pendant la décharge (mais elle diminue fortement à la fin). Comme la capacité des piles alcalines est beaucoup plus élevée que celle des piles au sel, elles sont utilisées dans des appareils à moyenne et forte consommation d'énergie : lampes de poche, rasoirs électriques, enregistreurs vocaux, lecteurs, radios et radios portables, téléphones et stations de radio, lampes électriques puissantes . éléments de mercure Le mercure a longtemps été utilisé avec succès pour améliorer les éléments salins avec du zinc. En conséquence, des éléments contenant du dioxyde de manganèse et des oxydes de mercure ont été créés. L'élément mercure a une grande capacité et une très longue durée de conservation. L'EMF d'un tel élément n'est que de 0.15 V inférieur à celui d'un alcalin, mais en raison du danger de pollution de l'environnement par le mercure, de tels éléments de formats ménagers sont de moins en moins produits (les éléments portant l'inscription "Merquri" ne peuvent pas être jetés dans les poubelles, et nous avons des conteneurs spéciaux pour les déchets dangereux (malheureusement pas encore). éléments d'argent Ils sont vraiment en argent - l'électrode positive qu'ils contiennent est faite d'oxydes d'argent. La FEM des éléments en argent est supérieure de 0.25 V à celle des éléments en sel. Ils sont chers, rares et se distinguent par l'inscription "Silver". Éléments air-zinc Ces éléments ont du zinc et de l'air impliqués dans la réaction électrochimique, donc des trous sont prévus dans leur corps. Les cellules à air en zinc ont une capacité élevée et une longue durée de conservation. Leur autodécharge à température ambiante ne dépasse pas 2% par an. Mais vous devez stocker ces éléments dans un état hermétiquement fermé, à l'abri de l'entrée d'air. Cette fonctionnalité, associée à une gamme très étroite de paramètres opérationnels, a conduit à une diffusion limitée d'éléments de format grand public. La FEM des cellules air-zinc est de 1.4 V avec une capacité de 70 à 600 mAh. plage de température de fonctionnement - de -18°С à +50°С. Ils sont principalement utilisés dans les appareils auditifs. Piles au lithium Les batteries au lithium sont apparues relativement récemment. Ils utilisent des électrodes négatives au lithium et un électrolyte au dioxyde de manganèse à base de composés organiques. Les cellules sont efficaces dans une large plage de température (de -30°C à +65°C), ont une grande capacité et une très longue durée de vie avec une très faible autodécharge (jusqu'à 10 ans). Le lithium a le potentiel d'électrode négative le plus élevé de tous les autres métaux. L'EMF de cet élément est de 3,8 V. Le lithium étant un métal coûteux, les piles au lithium étaient principalement utilisées là où un fonctionnement fiable à long terme était requis, par exemple, dans les alimentations de secours pour les puces de mémoire d'ordinateur et dans la technologie spatiale. Auparavant, les piles au lithium n'étaient produites qu'en versions «bouton» («bouton-poussoir») pour les montres, les calculatrices, les appareils photo et les ordinateurs. Au fur et à mesure que leur coût diminue, les cellules au lithium apparaissent non seulement pour les appareils à forte consommation d'énergie (appareils photo modernes, caméscopes - cellules CR123, 2CR5 et CR2). mais aussi pour d'autres appareils. Malheureusement, aujourd'hui, il n'y a pas de désignation unique d'éléments - il existe un système américain de dimensions, il y en a un international - CEI, et les principales entreprises indiquent souvent plusieurs désignations sur leurs produits à la fois (voir tableau 2, ainsi que "Radio" , 2000, n° 2, p. 47).
La lettre "R" selon le système CEI désigne un élément cylindrique et "F" - rectangulaire. L'ajout de la lettre "L" avant "R" ou "F" signifie que cet élément est alcalin. En général, la désignation complète dans le système CEI comprend 14 caractères, divisés en cinq groupes sémantiques, ce qui est peut-être devenu un sérieux obstacle à sa mise en œuvre. Il est décrit en détail dans l'article de R. Varlamov "Éléments étrangers et batteries du système MC" ("Radio", 1996, n ° 3). Le consommateur est intéressé par la durée de vie de la batterie et un prix abordable, et la durée de travail de l'élément est avant tout liée à sa capacité électrique. Les fabricants essaient unanimement de ne pas indiquer ce paramètre, et pour cela ils ont de très bonnes raisons. Le fait est que la capacité réelle dépend des conditions de décharge. La rapidité avec laquelle la tension de la cellule chute lors de la décharge dépend du courant de charge et du type d'électrolyte. Il est impossible de décharger l'élément à zéro - l'appareil nécessite une certaine tension et à basse tension, il ne pourra pas fonctionner. La tension minimale admissible pendant la décharge est appelée tension de coupure. Elle est déterminée par les caractéristiques de fonctionnement et varie généralement de 0,8 à 1 V. Plus la tension de coupure est faible, plus l'élément peut fournir d'énergie. L'introduction de nouvelles technologies permet d'améliorer les caractéristiques des éléments - d'augmenter la capacité, la durée de conservation, le courant de décharge. Par exemple, Duracell a introduit la technologie Titanium - l'ajout de dioxyde de titane à l'électrolyte augmente la durée de vie des cellules dans les appareils à faible consommation de courant. Panasonic a introduit la technologie Power activator, TDK a introduit la technologie X-treme. Piles GP - Super alcalines, Energiser - Formule High-Tech. L'utilisation d'une certaine forme de graphite granulaire hautement conducteur finement dispersé et d'un électrolyte organique gélifié a permis à ces entreprises d'améliorer considérablement les performances des cellules à des niveaux de puissance moyens et élevés. D'une part, les fabricants améliorent constamment leurs appareils électroménagers, cherchant à réduire la consommation d'énergie, et d'autre part, dans le développement de la production de batteries, on a tendance à augmenter leur intensité énergétique et leur courant de décharge. Par exemple, Panasonic, qui produit des appareils électroménagers et des batteries, annonçant le lecteur RQ-SX20, souligne que les piles alcalines LR6 de marque (utilisant la technologie Power activator) offrent une lecture d'enregistrement de 45 heures. Dans le matériel publicitaire, les entreprises signalent généralement que les nouvelles batteries qu'elles produisent ont une capacité considérablement accrue (sans indiquer sa valeur). Panasonic donne les résultats suivants concernant l'augmentation de la capacité réelle des nouvelles piles alcalines LR6 Power : lorsqu'elles sont utilisées dans un lecteur de CD avec une consommation de courant de 170 ... 300 mA, la durée de fonctionnement des piles a augmenté de 20 %. dans une lampe de poche avec une lampe halogène (consommation de courant 600.. 800 mA) - de 20%. dans l'appareil photo numérique Casio QV-10 (puissance 315 mW) - de 28%. dans un ordinateur portable IBM ThinkPad 230, de 30 %, et dans une petite voiture Nikko, de 45 %. À partir d'un ensemble de deux éléments Panasonic LR6, vous pouvez obtenir plus de 500 flashes avec un petit intervalle entre eux. Comme vous pouvez le voir, encore une fois la publicité : ni la puissance du flash ni l'intervalle entre eux ne sont indiqués. De même, les éléments Energiser sont annoncés : la société indique que ses éléments LR6 durent 50 % plus longtemps dans un appareil photo numérique. dans une radio de poche - de 45%. dans un téléphone mobile - de 40 %. dans une lampe de poche portable - de 80 %, dans un modèle de voiture radiocommandée - de 40 % par rapport aux éléments conventionnels (au sel). En réalité, le coût des piles au sel et alcalines de même taille diffère de 4 à 5 fois et la durée de vie de 6 à 8 fois. La capacité électrique réelle d'une batterie particulière est pratiquement impossible à établir par marquage. Il peut différer de manière assez significative même avec l'identité apparente des éléments. En tableau. 2 montre la capacité du sel, et entre parenthèses - les cellules galvaniques alcalines. De plus, la caractéristique la plus importante de l'élément est le courant maximum. que cet élément peut donner brièvement mais de manière stable au consommateur - le soi-disant courant de flash. En tableau. 3 montre les valeurs du courant de flash de certains éléments.
Le courant de flash est différent du courant de défaut à résistance nulle du circuit externe. Dans ce dernier cas, aucun travail utile n'est effectué et la durée de l'impulsion de courant de défaut est d'une fraction de seconde. Le courant de flash est mesuré à une certaine résistance, bien que très faible, du circuit externe, souvent même en comparaison avec la résistance interne de la source. Ce courant fait un travail utile et sa durée est de plusieurs secondes (jusqu'à dix). La valeur du courant de flash est très importante pour les consommateurs avec une charge intense périodique à court terme - appareils photo avec avance automatique du film, flashs photo. Les cellules et les batteries à courant de flash élevé ont tendance à avoir une quantité d'énergie importante. Par exemple, les piles des ensembles jetables d'appareils photo Polaroid après avoir utilisé l'ensemble de photos sont encore capables de fournir du courant jusqu'à 10 A pendant une longue période. L'absence de valeurs pour les paramètres des éléments est compensée par des tests de test effectués dans diverses conditions. En tableau. 4 montre les résultats des tests des éléments AA (UM3, MN1500, R6, LR6) lorsqu'ils fonctionnent dans un lecteur audio. Cette utilisation des éléments est l'une des plus massives. Les informations ci-dessus illustrent clairement l'avantage des éléments alcalins par rapport aux sels. Pour le consommateur, les paramètres présentés ont plus de valeur que les déclarations publicitaires prometteuses des entreprises.
Comment faire la distinction entre des éléments de types différents et ne pas tomber sur des produits contrefaits ou simplement de mauvaise qualité fabriqués par on ne sait qui et on ne sait où ? La liste des principales entreprises produisant des batteries et vendant leurs produits sur le marché russe est très longue. Ce sont Duracell, Energiser, Panasonic, Varta, Kodak, TDK et autres. Ainsi, leur nom même est déjà une sorte de recommandation, surtout si l'élément et l'appareil pour lequel vous allez l'acheter sont fabriqués par la même entreprise. Cependant, il ne faut pas oublier que sur les cellules alcalines, plus avancées et énergivores, vous trouverez presque toujours la désignation - "Alcaline". Inscriptions indiquant une technologie de production améliorée - "Power Alcaline", "X-Treme". "Super Alcalin". "High-Tech", "Titanium", sont également une recommandation solide. Vous devez absolument y prêter attention lorsque vous choisissez une batterie pour un équipement particulier. Vous pouvez souvent entendre que le corps estampé entièrement en métal de l'élément (en particulier avec une surface inférieure non lisse) indique qu'il s'agit d'un élément au sel. Ce signe n'est pas absolu - les éléments salins améliorés ont un boîtier métallique protecteur avec des rondelles métalliques façonnées aux extrémités, et il est donc difficile de les distinguer des alcalins en apparence. Vous pouvez distinguer le sel des éléments alcalins par la désignation de sa marque et ses inscriptions. La lettre "R" représente les éléments salins (R1, R03, R6, R14, R20, etc.). Les éléments de sel améliorés sont en outre désignés par les lettres "P" ou "S" (moins souvent HD, HE, EH, UP, UPS) - par exemple, R6P, SUMS, R20UPS. La lettre "L" est entrée dans la désignation de l'élément alcalin - LR1, LR03, LR6, LR14, LR20, 6LF22 - et l'inscription "Alkaline", "Super Alkaline", etc. est presque toujours ajoutée. Les éléments mercure, argent et zinc-air sont respectivement désignés "Merqury", "Silver" (ou "Silber"). "Zn-Air", mais pour les équipements ménagers, il est souhaitable d'utiliser des éléments portant les inscriptions "0% Merqury", "0% Merqury & Cadmium". "0% Merqury et Cadmium Ajoutés". "0 % Quecksilber Cadmium", "0 % Hg Cd", "Merqury Free". Une autre preuve fiable de la haute qualité des batteries est leur emballage. Les entreprises sérieuses emballent leurs produits dans ce qu'on appelle des blisters sur un support en carton - des coques en plastique transparentes qui vous permettent de voir les articles emballés et de les protéger de manière fiable contre l'humidité et les dommages mécaniques. Habituellement, plusieurs éléments (deux à quatre éléments R6 ou deux éléments R14 - R20) dans un boîtier en plastique transparent sont collés sur une base en carton coloré, sur laquelle le nom de l'entreprise, sa marque et d'autres informations sur l'entreprise et le produit sont répétés , y compris le code-barres du pays - fabricant. Assurez-vous d'indiquer la date d'expiration - cette information est répétée sur l'emballage et sur le corps de l'élément sous la forme de chiffres estampillés : par exemple, 09.99. Ceci est le plus caractéristique des éléments salins. Sur alcaline, la date de péremption est le plus souvent indiquée sous la forme d'une inscription sur le boîtier : INSTALL BY JAN 2001, Best before MAR2003, ou simplement JAN2001 et MAR2003. Récemment, certaines entreprises ont commencé à économiser sur les emballages et les supports en carton, ne protégeant pas leurs produits avec un film polymère. Certes, au dos de l'emballage en carton en plusieurs langues, ils fournissent des informations sur les caractéristiques du fonctionnement des marchandises et des garanties. Un certain nombre d'entreprises ont déjà commencé à imprimer ces inscriptions en russe. En général, les informations sur l'emballage des éléments des principales entreprises sont beaucoup plus informatives que les inscriptions sur l'élément lui-même. Voici des exemples d'inscriptions sur des éléments de sel au format AA. Piles GP, Greencell Extra Heavy Duty 15G "SIZEAA" 1,5 V, 0% Merqury (Hong Kong) - pile au sel (dans la désignation de laquelle cela n'est pas mentionné), taille AA. "heavy duty" (Heavy Duty), ne contient pas de mercure. Société Varta, élément Varta Super MIGN0N'R6'AA'UM3'1.5 V 0% Merqury Cadmium. 0% Quecksilber Cadmium (fabriqué en France) est un élément salin de même taille, et cette taille est répétée quatre fois dans le marquage (MIGNON'R6'AA'UM3). ne contient pas de mercure et de cadmium. Éléments alcalins du même format. Duracell, élément alcalin Duracell 1.5 V'SIZEAA'MN 1500 LR6, JAN2001 - élément alcalin AA, désignation de taille répétée trois fois, durée de conservation - jusqu'en janvier 2001. Aucune note environnementale. Mais sur l'emballage de cet élément on peut lire une désignation plus complète : Alkaline'ExtraPower'Titane'AA' MN1500'LR6'Mignon, information environnementale - 0% Cd ? 0% Hg, 0% Pb et lieu de production - Belgique. Des recommandations y sont également données : remplacer l'ensemble des éléments, ne pas recharger, ne pas les porter au feu et ne pas utiliser d'éléments de types et de systèmes différents en même temps (ajoutons, et de degrés de décharge différents). Habituellement, des étiquettes d'avertissement sont apposées sur le corps de l'élément en plusieurs langues : Ne pas jeter au feu ! Non rechargeable! (Ne pas jeter au feu ! Ne pas recharger !). L'essence de ces inscriptions est que les piles alcalines modernes, et plus encore les piles galvaniques au lithium, explosent très souvent lorsqu'elles sont chauffées ou en essayant de les charger, comme une batterie. Et le contenu d'une cellule galvanique, même s'il n'y a pas de mercure, de plomb et de cadmium, est loin d'être sûr. Vous pouvez trouver des éléments produits par un certain nombre d'entreprises où ces inscriptions sont répétées en russe (et sur l'emballage aussi). Si les piles sont mal emballées, bâclées, n'ont pas d'indication de l'endroit où elles sont fabriquées et de leur date d'expiration, ces produits peuvent ne pas répondre à vos attentes et il est dangereux de les acheter. En règle générale, ils sont parmi les moins chers. Par conséquent, le prix élevé des éléments est également une preuve indirecte de propriétés de consommation élevées. Auteur : M. Mikhailov, Moscou
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